Mess- und Prüftechnik — Durchführungsprüfung flexibel sowie effizient steuern und analysieren

Als Marktführer auf dem Gebiet der Hochspannungsdurchführungen treibt HSP mit Innovationen im Hochspannungssektor die Effizienz in der Energietechnik voran. Um die überdurchschnittliche Performance hinsichtlich Betriebssicherheit und Lebenserwartung sowie Eigenschaften, die über die thermischen, elektrischen und mechanischen Anforderungen der Normen hinausgehen, zu erfüllen, ist hochwertige Mess- und Prüftechnik erforderlich. Dabei greift HSP bei ihrem Erwärmungsprüfstand auf Delphin zurück.

Die Geschichte der HSP Hochspannungsgeräte GmbH beginnt 1893 mit der Gründung von Meirowsky & Co. in Köln-Porz. 1906 startete das Unternehmen mit der Produktion von Kondensatordurchführungen. Seitdem ist HSP erster Ansprechpartner für innovative und klassische Lösungen im Bereich der Energietechnik. Als kompetenter Technologiepartner bahnen die Durchführungsexperten dem elektrischen Strom weltweit sichere und zuverlässige Wege. Neben der hohen Qualität zeichnen sich die Durchführungen für Generatoren, Transformatoren und Schaltanlagen durch Sicherheit, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit aus. So fertigt HSP seit 2014 auch Durchführungen aus harzimprägniertem Kunststoffvlies (RIS). Die größte von HSP jemals gebaute Durchführung war übrigens 21 m lang und wog 18 t. Grundvoraussetzung für qualitativ hochwertige Produkte ist eine gute und genaue Messtechnik. Deshalb setzt HSP an ihrem Erwärmungsprüfstand zur Überwachung sowie Auswertung der 92 Thermoelemente auf Geräte der Delphin Technology AG.

Thermische Prüfung mit Hochstrom

„Hier messen wir die Temperatur, die in unseren Durchführungen bei Betriebsstrom sowie bei Überströmen entsteht“, stellt HSP Testfield Engineer Daniel Zeus die Aufgabe an dem Prüfstand vor. Der Prüfstand besteht aus 3 m tief in den Boden eingelassenen Kesseln sowie zwei Aluminiumsäulen mit Kupferbändern, an welche die Durchführungen angeschlossen werden. Ein Hochstromtrafo beaufschlagt den Stromkreis bei 50-V-Ausgangsspannung mit bis zu AC 6 kA bzw. 10 kA oder DC 10 kA und erwärmt so die jeweilige Durchführung. „Wir prüfen dann, dass die Temperaturgrenzwerte an der Isolation eingehalten werden. Diese Aufgabe erfordert ein genaues Messsystem, aber vor allem einen großen Datenspeicher, da jede zu testende Durchführung dabei mit bis zu 80 Thermoelementen versehen ist und ein Prüfzyklus ein bis zwei Wochen dauern kann. Der Test ist für uns beendet, wenn die Temperatur innerhalb von sechs Stunden um weniger als 1 K schwankt“, so D. Zeus. Die größte konstruktive Herausforderung dabei ist, dass laut der DIN EN 60137 VDE 0674-500 zwischen dem stromführenden Leiter sowie der hochspannungstechnischen Isolation gemessen werden muss“, so Senior Test Engineer Thomas Adams. Es wird also geprüft, dass die Isolation den thermischen Belastungen standhält. Der Isolationskörper darf nicht wärmer werden als 120 °C oder nicht mehr als 90 K über der Umgebungstemperatur liegen. Um ihrem Qualitätsanspruch gerecht zu werden, beaufschlagt HSP seine Durchführungen nicht nur mit dem Nennstrom, sondern freiwillig oder auf Kundenwunsch auch mit einem Überstrom. Schließlich sollen sie eine Lebensdauer von mindestens 30 Jahren erreichen. „Unsere eigenen Produkte bringen wir bei den Prüfungen auch an die thermische Grenze, sodass unsere Entwicklungsabteilung daraus Erkenntnisse gewinnen kann“, so T. Adams.

Mess- und Prüftechnik – Modernisierung erforderlich

Vor zwei Jahren stieß HSP jedoch mit der Prüfanlage an ihre Grenzen. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen suchte man ein leistungsfähigeres Temperaturmess- und -steuerungssystem, an welches nicht nur Thermoelemente, sondern auch Lichtwellenleitersensoren angeschlossen werden können. Zudem sollte es ein Fernmonitoring erlauben. „Gerade bei unseren langen Prüfzyklen ist es ärgerlich, wenn eine Störung unbemerkt bleibt, wir nicht reagieren können und die Prüfung wiederholen müssen“, erläutert D. Zeus und führt weiter aus: „Außerdem wollten wir ein einfach bedienbares System, welches mehr Messkanäle bietet – das bisherige hatte nur 20 – und bei Bedarf flexibel erweiterbar ist.“ Auch die Parametrierung sollte einfach zu lösen sein. Letztendlich entschied sich HSP für das MSR-System von Delphin. Die räumliche Nähe war dabei von untergeordneter Bedeutung, wobei die schnelle Verfügbarkeit der Mitarbeiter gerade beim Einrichten sowie beim Service hilfreich ist. Wichtiger war das schlüssige Konzept von Delphin sowie die schnelle Realisierbarkeit. „Die Messtechnik bietet über 90 Kanäle und die Parametrierung erfolgt einfach mithilfe einer Excel-Datei, welche die Software einliest“, so D. Zeus. T. Adams ergänzt: „Auch der Fernzugriff erleichtert uns die Arbeit erheblich, da wir nicht rund um die Uhr einen Mitarbeiter vor Ort haben. Da ist es auch von Vorteil, dass die Steuerung die Prüfung kontrolliert herunterfährt, wenn die Temperatur einen kritischen Wert erreicht und Grenzwerte überschritten werden. Das kann vor allem bei Tests von Neuentwicklungen schon mal vorkommen.“ Die größte Herausforderung war, dass das Messtechnik-Konzept von Delphin auch Fremdsteuerungen verwalten muss, wie die Heizsteuerung für das Öl sowie die Steuerung der Stelltrafos. Jan Tippner, Head of Sales bei Delphin, betont: „Auch diese Anforderung konnte mithilfe unserer offenen Lösung erfüllt werden. Mit den verschiedenen verfügbaren Schnittstellen sowie Kommunikationsprotokollen können wir unsere Mess- und Steuerungstechnik eigentlich an alle verfügbaren Systeme anbinden. Bei Bedarf schreiben unsere Experten auch spezielle Treiber.“

Flexible Mess- und Steuerungstechnik

Herzstück der Delphin-Lösung sind zwei Expert Logger 300 mit jeweils 46 Analogeingängen, an die sich die Thermoelemente einfach anschließen lassen. Der FPGA- basierte Expert Logger verbindet modernste Kommunikation mit ausgereifter Messtechnik. Mess- werte können präzise erfasst, autark gespeichert und automatisch per USB, LAN, WLAN oder LTE ins Internet oder zum PC übertragen und ausgewertet werden. Die Signalverarbeitung mittels interner Softwarekanäle vereinfacht die eigentliche Messaufgabe beträchtlich. Mit den sehr flexiblen Rechenkanälen können Messwerte direkt weiter verrechnet und gespeichert werden. Integratoren berechnen aus zeitbezogenen Messwerten, wie Masse- oder Durchflüssen, direkt Volumen oder Mengen. Grenzwerte können Messwerte überwachen und zur Schaltung von Digital-Ausgängen oder zum automatischen Versenden von E-Mails genutzt werden. Die Eingänge sind nicht nur unabhängig vom Prüfplatz, das System ist auch beliebig erweiterbar. So werden zwei weitere Anforderungen von HSP an die Flexibilität erfüllt. In einem anderen Schaltschrank sind noch ein ProfiMessage-Gerät sowie ein weiterer Expert Logger untergebracht, welche für die Datenkommunikation über Profibus sowie Steuerungen der Fremdsysteme verantwortlich sind. Die speziell für den Einsatz als modulare Mess-, Steuer- und Überwachungsgeräte entwickelten ProfiMessage können über ein Master-/Slave-Gerätekonzept und verschiedene IO-Module an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Da die Ein- und Ausgänge differenziell, hochgenau sowie galvanisch getrennt sind – gegeneinander und gegenüber der Versorgungsspannung –, stellen Erdschleifen und potenzialbehaftete Sensoren kein Problem dar. Die universelle Nutzung der Eingänge für Spannungs-, Strom- oder Temperaturmessungen machen das Delphin-System außerordentlich flexibel. Darüber hinaus sind Digital-Eingänge als Status- oder Frequenz-Eingänge und Digital- und Analog-Ausgänge vorhanden. Trotz des recht aufwendigen Aufbaus des Prüffelds, gingen die Installation sowie die Inbetriebnahme recht schnell. „Von dem ersten Konzept bis zum ersten Test dauerte es nur etwas mehr als acht Monate“, berichtet T. Adams.

Bedienen, beobachten und steuern aus einem Guss

Besonders glücklich sind die HSP-Mitarbeiter über die Automatisierungssoftware, mit der sie ihre Versuche bedienen, beobachten und steuern sowie Messdaten erfassen und auswerten können. Profisignal Klicks ermöglicht die Messdatenanalyse direkt in der Visualisierungsoberfläche sowie in Einzeldiagrammen, unabhängig von der Anwendung. „Damit haben wir die Temperaturverläufe an den Messpunkten der Durchführungen sowie den Unterschied zur Umgebungstemperatur genau im Blick“, erzählt D. Zeus. Profisignal Klicks kann durch die integrierte Scriptsprache „Klicks“ auch zur Prozessablaufsteuerung genutzt werden. Da die Programm-Anweisungen mithilfe von Kontextmenüs generiert werden, muss man keine Programmtexte mehr eintippen und Befehle erlernen. Somit können Wissenschaftler, Techniker und Ingenieure unabhängig von IT-Spezialisten ihre Anwendungen selbst erstellen und pflegen. „Die Prüfung läuft so nahezu vollautomatisch ab. Mit Profisignal Klicks waren wir in der Lage, für jeden Durchführungstyp eine eigene Oberfläche zu kreieren. So können wir einfach die Soll- und Grenzwerte einstellen und haben die komplette Prüfung – auch aus der Ferne – im Blick“, erläutert D. Zeus.

Detaillierte Analyse auf Knopfdruck

Auch bei der Analyse der Messdaten ist Profisignal Klicks behilflich. Neben der manuellen Messdatenanalyse in Form von Diagrammen, Zoom, Datenexport und Statistiken lässt sich auch eine automatisierte Messdatenanalyse realisieren. J. Tippner geht etwas ins Detail: „Das Besondere der Scriptsprache im Rahmen der Messdatenanalyse besteht darin, dass vorhandene Messdateien geöffnet und mittels Script bearbeitet werden können. So ist es beispielsweise möglich, Reports automatisch zu erstellen, Min-, Max- und Mittelwerte über einen vorgegebenen Zeitraum zu berechnen, Trends automatisch anzupassen oder Kanäle in Abhängigkeit von Benutzereingaben oder Betriebsparametern ein- oder auszublenden.“ Ein wesentlicher Teil der Prüfung ist zudem das Reporting. „Unsere Kunden wollen eine detaillierte Dokumentation der Prüfergebnisse. Die Software von Delphin hilft uns auch in diesem Punkt sehr gut weiter“, berichtet T. Adams. Profisignal Klicks erstellt aussagekräftige Reports mit Diagrammen, Tabellen und Bemerkungen nicht nur als starres PDF, sondern auch als dynamisch bedienbares Dokument. Sogar Daten und Grafiken der Profisignal-Optionen, wie zum Beispiel Alarmmanagement, Schwingungsüberwachung oder ODBC/SQL, sind in Reports zusammen mit Prozess- und Qualitätsdaten kombinierbar. Da die Reports zeit- oder ereignisgesteuert automatisch generiert und archiviert werden, steht mit Profisignal Klicks eine detaillierte, leicht zu handhabende Methode zur Qualitätssicherung, zum Qualitätsnachweis und zur Bilanzierung zur Verfügung. HSP ist mit dem Mess- und Steuerungssystem von Delphin so zufrieden, dass auch der demnächst geplante dritte Prüfkessel im Hochspannungs-Prüflaboratorium mit dem MSR-System von Delphin ausgestattet werden soll.

UNTERNEHMEN
Delphin Technology AG
Lustheide 81 , 51427 Bergisch Gladbach
Telefon 02204 / 97685-0

AUTOR
Frank Nolte,
Redakteur ETZ

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